This paper describes on the consolidation of AIS and ARPA radar positions by comparing the AIS and ARPA radar information for the tracked ship targets using a PC-based ECDIS in Busan harbor, Korea. The information of AIS and ARPA radar target was acquired independently, and the tracking parameters s...
This paper describes on the consolidation of AIS and ARPA radar positions by comparing the AIS and ARPA radar information for the tracked ship targets using a PC-based ECDIS in Busan harbor, Korea. The information of AIS and ARPA radar target was acquired independently, and the tracking parameters such as ship's position, COG, SOG, gyro heading, rate of turn, CPA, TCPA, ship s name and MMSI etc. were displayed automatically on the chart of a PC-based ECDIS with radar overlay and ARPA tracking. The ARPA tracking information obtained from the observed radar images of the target ship was compared with the AIS information received from the same vessel to investigate the difference in the position and movement behavior between AIS and ARPA tracked target ships. For the ARPA radar and AIS targets to be consolidated, the differences in range, speed, course, bearing and distance between their targets were estimated to obtain a clear standards for the consolidation of ARPA radar and AIS targets. The average differences between their ranges, their speeds and their courses were 2.06% of the average range, -0.11 knots with the averaged SOG of 11.62 knots, and $0.02^{\circ}$ with the averaged COG of $37.2^{\circ}$, respectively. The average differences between their bearings and between their positions were $-1.29^{\circ}$ and 68.8m, respectively. From these results, we concluded that if the ROT, COG, SOG, and HDG informations are correct, the AIS system can be improved the prediction of a target ship's path and the OOW(Officer of Watch) s ability to anticipate a traffic situation more accurately.
This paper describes on the consolidation of AIS and ARPA radar positions by comparing the AIS and ARPA radar information for the tracked ship targets using a PC-based ECDIS in Busan harbor, Korea. The information of AIS and ARPA radar target was acquired independently, and the tracking parameters such as ship's position, COG, SOG, gyro heading, rate of turn, CPA, TCPA, ship s name and MMSI etc. were displayed automatically on the chart of a PC-based ECDIS with radar overlay and ARPA tracking. The ARPA tracking information obtained from the observed radar images of the target ship was compared with the AIS information received from the same vessel to investigate the difference in the position and movement behavior between AIS and ARPA tracked target ships. For the ARPA radar and AIS targets to be consolidated, the differences in range, speed, course, bearing and distance between their targets were estimated to obtain a clear standards for the consolidation of ARPA radar and AIS targets. The average differences between their ranges, their speeds and their courses were 2.06% of the average range, -0.11 knots with the averaged SOG of 11.62 knots, and $0.02^{\circ}$ with the averaged COG of $37.2^{\circ}$, respectively. The average differences between their bearings and between their positions were $-1.29^{\circ}$ and 68.8m, respectively. From these results, we concluded that if the ROT, COG, SOG, and HDG informations are correct, the AIS system can be improved the prediction of a target ship's path and the OOW(Officer of Watch) s ability to anticipate a traffic situation more accurately.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 특히 이 무제에 주 목하이 우리나라 부산항 VTS(Vessel Traffic Service) 통항관제구역을 퉁항하는 선박을 디상으로 ARPA 레 이더 에 의한 타선 추직정 보와AIS 에 수신 뇌는 타선의 동적정보를 상호 비교 문석함으로씨 이들 위 치의 통합화를 위 한각종 파라미 티, 즉 방위, 거리, 위치, 침로 속력의 차이 및 그 발셍원인 등에 대해종합적으로 분석, 고찰하였다
이들의 결과로부터 외부의 주변장치에서 AIS의 VHF 통신방을 통해 ROT, COG, SOG 및 HDG 등의 정 보가 심시간으로 수신되는 경우, 현재 추적 중인 선박에 대한 미래의 통항상태를 정확하게 예측한 수 있음을 알 수 있었다 특히, AIS 에 의해 실시간으로 제공뇌는ROT 정보를 고려하어 radar tracking algorithm을 개 발하면 추적 선 박의 통항상태를 실시간으로 예 측 가능하기 때문에 선교 당직자의 충돌회 피능럭 을 향상시 키 는 데크게 기 여할 것으로 판단된다. 본 연구의 성 과는 한 척의 같은 선박임 에도 불구하고 당해 선박이〕 대 한 ARPA 레 이더 및 AIS 의 추직정 보가 서로 일치하지 않은 관계로 ECDIS니-ARPA 레 이더 화면상에 마치 서로 다른 두 척 의 선 박이 존재하는 섯처럼 나타나는 현상을 히결하기 위한 ARPA 레이더와 AIS 표직의 통합화(consolidation) 의 기 준을 설 정하는데 필요한 기 초 자료가 됲 것 a로 판단한다
제안 방법
반면, AIS 에 있어서는타선의 속력과항행상태(직진항해, 선회, 묘박)이] 따라정보의 갱 신간격 이 변화하는더〕, 본 연구의 경우에는일정한 친로상에서 14 knots 이 하의 속럭으로 직 진 항해중인 선 박을 대상으로 추직실험을 수행하였기 때문에 해상장애 물아기 인하여 VHF 전파가 장애를 받지 않는상황하에서 는 이 론적 으로 10 sec 시 간간격으로추 적 위 치, COG, SOG, HDG, ROT 등의 동 적 정 보가 갱신된다. 그러나 이들ARPA 레이더와AIS에 의한 타선 정보의 갱 시 시 간간격 이 서로 일 치하지 않을뿐만 아니라같은시 각에 생성된 정 보를 동시에 추출하는 섯이 현실석으로 불가능하기 때문에 본 연구에서는 이들 두 시 스템으로부터 제 공뇌 는 data sentence 에 각각 시 계 열 time tag름 붇인 후, 그time tag 시 각이 서로 매우 근접한 두 시스템에 대한 위치, COG 및 SOG 데이터름 서로 비", 분석하였는데 그 결과는Fig. 9와 같다
9. Tracking error between radar and AIS positions of the target vessel (MMSI 515347000) tracked simultaneously by a PC-based ARPA radar and AIS. The AIS position was used as a reference coordinate for calculating the distance error in latitude and longitude directions for radar tracking.
2에서와 같이 레 이더 영 상을 ECDIS의 ENC 화면상이] AIS정 보와 함께 중첩시 켜 표시하면서 실 험내상 선박의 동적기 동을 추적하였는데, 이 때, ECDIS이] 서는 자동직으로 추직중인 선박의 WGS-84 측지 계 에 디 한 위치 와 방위으 거 리, CPA, TCPA 등을 계산하이 표시하게 된다. 또한 추직중인 선박의 AIS 장치로부터 heading, 위 치, COG, SOG 등과 같은 동직정 보가 VHF 통신망을 통해 송출뇌면 이들 정보를 육상 실험국의 AIS 안테나를 통해 수신하여 ECDIS의 화면상에 ARPA 레 이더 정보와 함께 표시하였다 눈- 연구에서는 이와같이 수록된 타선에 대한 레이더 추적정보와 AIS 추적정보를 비교 고찰하고 그 차이를 정 량적으로 산출하여 분석하였다
레이더 물표의 추석 및 히]석 장치 는 ECDIS (PM3D, 마린전자), 레 이더 표직 추직장치(radartarget extractor(RTX), 마린전지), GPS compass (마린전자), 선박용 레이더(MD-3641, Koden), ENC(electronic navigational chart), DGPS(GP37, Furuno) 등으로 구성하였다. 사용 레 이더 의 송신출력 은 4 kW이 고 안테나의 송신 시 향성 각은 수평 4°, 수직 25° 이고, 회 전수는 24rpm이 었다
본 연구에서는 부산항 VTS 관세구역을 통항하는 선 박을 시 각적 으로 관찰 가능힌 장소에 육상 이 동국을 설 치하고, 이 관측점 에 이 동식 전 원장 치를 푸함하는 모든 실험장치를 고정 배치힌후 실험을 수행하였다 육상국에설치된 레이더에서 안테니-가 1 회전할 때마다RTX에 입력되는 물표의 영 상신호는 12 bit, 40 MHz로서 수치화되고, 거리 및 방위 방항으로 echo frame 의 memory map 이 생 성된다.
부산항 VTS 관제구역 내 름 통항하는 모든 선박을 실시간으로 모니터 링하기 위해 부산 남구승두말 정 싱(35°06'.177N, 129°07'.338E) 에 높이 3m의 철제 타워를 설치하고, 타워의 상부에 레이더 안테나를 그 하부이] DGPS 안테나를 상하로 설치하였다 본 실험에서는 Fig. 2에서와 같이 레 이더 영 상을 ECDIS의 ENC 화면상이] AIS정 보와 함께 중첩시 켜 표시하면서 실 험내상 선박의 동적기 동을 추적하였는데, 이 때, ECDIS이] 서는 자동직으로 추직중인 선박의 WGS-84 측지 계 에 디 한 위치 와 방위으 거 리, CPA, TCPA 등을 계산하이 표시하게 된다. 또한 추직중인 선박의 AIS 장치로부터 heading, 위 치, COG, SOG 등과 같은 동직정 보가 VHF 통신망을 통해 송출뇌면 이들 정보를 육상 실험국의 AIS 안테나를 통해 수신하여 ECDIS의 화면상에 ARPA 레 이더 정보와 함께 표시하였다 눈- 연구에서는 이와같이 수록된 타선에 대한 레이더 추적정보와 AIS 추적정보를 비교 고찰하고 그 차이를 정 량적으로 산출하여 분석하였다
부산항 VTS 관제구역을 통항하는 모든 선 박으로부터 수신되는 타선에 대한AIS의 동적 정보는 동일 선박에 대한 레이 더에 의해 탐시, 추적 한 정보와 서로 비교, 분석 하였다 실험 은 조사대상 해역에 분포하는 모든 선박으로부터 송출되는 AIS의 정적 및 동적정보, 즉, RS232C protocole $AIVDM 과 $AIVDO sentence 를 ECDIS 에 입력 시켜 모니터 링하면서 각각의 sentence 정보를 실시간으로 수록하 였다 이들 sentence 에 는 MMSI( 해상이 둥업무식별) 번호 IMO 번호 호출부호 선명, 선 체장, 폭, 선 의 종류, 측위안테나 위 치와 같은 정적인 정보와, 선박의 위치, GMT, COG, SOG, 선수방위, 회두율(ROT), 항행 status 와 같은 동적인 정보, 또한, 흘수 적재물, 목적지, 도착 예정 시간과 같은항행정 보가 실려 있는데 , 이기서는 이들 정보중에서 특히, 위치, 침로 속력, 거리 및 방위의 변화등에 주목하이 분석을 수행하였다.
RTX에서 계산된 모든 물표의 추적정 보는 다시 host computer 에 전 송되어 ENC 화면상 에 실 시 간으로 프-시되고 사용자의 요구이] 의 등!] hard disk 에 수록된다. 이 때, RTX를 통해 수신된 레 이더 image 는 명 암도 개 선, 필 터 링, 잡음 억 제처 리, bearing offset, range offset 등의 과정을 거친 후, 목적에 따라 처리 및 부석되었다. 이 실험에서 육상 이동국의 위치 및 레 이더 안테나의 방위는 각각 DGPS, GPS compass로부터 의 NMEA0183 정보를 제 공받아 이 용하였다
아직 레 이더 와AIS 프-적을 통합시켜 하나의 symbol로써 프_시하기위 한국제기준이 나린되어 있지 않기 때문에 이이〕 대힌 연구가 절실히 요구되고 있다. 이를 위한 하나의 방안으로써 이들 두 시스템 에서 공통적 으로 얻을 수 있는 정 보가 위 치, COG, SOG 뿐이 라는 짐 에 주목할 때, 먼저 시 간차가 미 소한 각 시스테 으로부터 의 성 보를 디 상으로 위 치의 근접성 을 평 가한 후, 그 다음으로 SOG 및 COG 의 유 시-성 을 비 교, 평 가하여 석 합한 오치-벆 위 내에 존재하면 이들 두 위치를 하나의 위 치로써 통합 시켜 표시하는 방법을생각할 수 있다
이를 위해서는 이들 레이더 와 AIS로부터 얻어지는 위 치, COG, SOG의 차이를 비교 분석하고, 이들 두 위치를 통합시키는 데 필요한 오자 한계를 설정할 필요가 있는 데, 머-저 위치에 디하여 이들 두 시스템에 의한 위 치의 이 동궤 직을 추적한 결과는 Fig. 4와 같다.
3이〕서 AIS 장치로부터 는 UTC 04시 59분 22초에 대한 정 보가ECDIS에 입 력되었고, PC-based ECDIS 에 장착된 radar signal processor로부터 는 UTC 04시 59 분 41 초에 계 산된 둥석성 보가 전 송되어 ENC 화며상에 표시되었음을 알 수 있다. 이와 같이 두 시 스템으로부터 제공뇌는동적정보가ECDIS에 입력될 때, 다소의 시간차가 반셍하는 문제름 해결하기 위해 이들 정 보이] DGPS로부터 입 럭되는 UTC time tag를 부가한 후, 같은 시각에 내한 두 시스템으로부터 의 정보를 비교, 분석하였다
대상 데이터
3. A running track of target vessel (MMSI 5153 47000) that was simultaneously tracked by a PC-based ARPA radar and AIS. The difference between radar and AIS information was calculated to obtain a standards for the consolidation of radar and AIS targets
본 연구에서 사용한 레 이더 는 안테니-의 회 전수가 24 rpm이 므로, ARPA 레 이더 추직정 보는 이 룬적 으로 2.5 sec 의 시 간간격으로 데 이 터 의 갱신이 가능하지만, 시제로는 PC-based ECDIS에장 착된 RTX 에서 target image 가 검 출 처리 및 계산된 후, 추적위 치, COG 및 SOG 정 보가ENC 화면상에 표시될 때 까시 소요뇌 는 시 간난큼 시 연되 는 동기&-차(bias &-차)가 발생한다. 반면, AIS 에 있어서는타선의 속력과항행상태(직진항해, 선회, 묘박)이] 따라정보의 갱 신간격 이 변화하는더〕, 본 연구의 경우에는일정한 친로상에서 14 knots 이 하의 속럭으로 직 진 항해중인 선 박을 대상으로 추직실험을 수행하였기 때문에 해상장애 물아기 인하여 VHF 전파가 장애를 받지 않는상황하에서 는 이 론적 으로 10 sec 시 간간격으로추 적 위 치, COG, SOG, HDG, ROT 등의 동 적 정 보가 갱신된다.
이 때, RTX를 통해 수신된 레 이더 image 는 명 암도 개 선, 필 터 링, 잡음 억 제처 리, bearing offset, range offset 등의 과정을 거친 후, 목적에 따라 처리 및 부석되었다. 이 실험에서 육상 이동국의 위치 및 레 이더 안테나의 방위는 각각 DGPS, GPS compass로부터 의 NMEA0183 정보를 제 공받아 이 용하였다
성능/효과
9에서 실험 대상 선박(MMSI 515347000)이 부산항 VTS 관제구역에서 직선 항로상을 gyro heading 41.4。, AIS 및 ARPA 레 이더 추적침로 (COG) 37.2°, 속력 11.7 knots(평균속력)로씨항주할 때, AIS 추적위치를 기준으로 ARPA 레이 더 추적위 치의 겅 도 및 위 도방향이] 대 힌 기 리의 편위랑을산출한결과, ARPA 레이더의 위치의 평균 ㅜ적 인 &-차는 AIS 위 치로부터 W 방향으로 40.76m, N 방향으로55.45m이 었고, 평 균적 인편위량은 68.8m이었다. 이와 같은 위치&-차는 Fig.
62knots 이었다. 이들두 시스템에 의한 속력 오차의 범위는 — 0.91knots — (+)0.94knots로써, 그 평 균적 인 속력오차는 -0.11knots이 었고-, 또한 이 결과로부터 AIS 속력에 대한 이들 두 시스템에 의 한속력 오차의 비율은0.93%이 었다
8m 이었다. 이들의 결과로부터 외부의 주변장치에서 AIS의 VHF 통신방을 통해 ROT, COG, SOG 및 HDG 등의 정 보가 심시간으로 수신되는 경우, 현재 추적 중인 선박에 대한 미래의 통항상태를 정확하게 예측한 수 있음을 알 수 있었다 특히, AIS 에 의해 실시간으로 제공뇌는ROT 정보를 고려하어 radar tracking algorithm을 개 발하면 추적 선 박의 통항상태를 실시간으로 예 측 가능하기 때문에 선교 당직자의 충돌회 피능럭 을 향상시 키 는 데크게 기 여할 것으로 판단된다. 본 연구의 성 과는 한 척의 같은 선박임 에도 불구하고 당해 선박이〕 대 한 ARPA 레 이더 및 AIS 의 추직정 보가 서로 일치하지 않은 관계로 ECDIS니-ARPA 레 이더 화면상에 마치 서로 다른 두 척 의 선 박이 존재하는 섯처럼 나타나는 현상을 히결하기 위한 ARPA 레이더와 AIS 표직의 통합화(consolidation) 의 기 준을 설 정하는데 필요한 기 초 자료가 됲 것 a로 판단한다
77 knots로써 AIS 장치에 의한 추적정 보와 약간의 차이가 있음을 알 수 있다. 즉, AIS 정보를 기준으로 ARPA 레 이더 정보의 오차를 산출할 때, 방위, 거리, 침로 및 속력오차는 각각 -2.6°, +0.33, -0.91°, -0.87 knots임을 알 수 있다
후속연구
본 연구에서 추정 된 이들 파라미 터 에 내 한 값은 이들 데 이티 와 매우 유사한 경향을 나타내 고 있어 향후ARPA 레 이더 와AIS 위치를 통합시 켜 하나의 symb이로써 타선의 위치를 프-시하기 위한 기 준을 설 정 하는데 있어 그 기 초 자료가 될 것 으로 판단된 다
향후, 이와 같이 ARPA 레 이더 정 보와 AIS 정보를 보다 효율적으로 통합시키기 위한 시스템의 구축은 충돌예 방을 위한 선교 당직자의 능력을 획 기적으로 증진시 키는 데 매우 중요힌 역 할을 할 것으로 판단되 나 이를 위해서는 이들 두시스테 이 갖는 고*의 - 무제점 들을 파악하여 해결하는 것이 무엇보다도 선행되 어야 한다고 판단되 다.
참고문헌 (9)
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